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Une étude physique montre que des troupeaux de moutons se relaient avec leur chef et atteignent l’intelligence collective

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Une étude physique montre que des troupeaux de moutons se relaient avec leur chef et atteignent l’intelligence collective

Crédit : Luis Gomez-Nava, Richard Boone et Fernando Peruani.

Le mouvement collectif des animaux dans un groupe est un sujet de recherche fascinant pour de nombreux scientifiques. La compréhension de ces comportements collectifs peut parfois inspirer le développement de stratégies pour promouvoir un changement social positif, ainsi que des technologies qui imitent la nature.


De nombreuses études décrivent le comportement du flux comme un processus autorégulé, dans lequel les individus d’un groupe adaptent constamment leur direction et leur vitesse pour finalement réaliser un mouvement « collectif ». Cette perspective n’est cependant pas considérée Structure hiérarchique offert par plusieurs groupes d’animaux Et les avantages potentiels d’avoir un « leader » en tête.

Luis Gómez-Nava, Richard Boone, Fernando Peruani et trois chercheurs de l’Université Côte d’Azur, de l’Université de Toulouse et de l’Université CY Cergy Paris ont récemment utilisé la physique théorique pour examiner le comportement collectif des troupeaux de jeunes moutons. Leurs conclusions, publiées dans physique de la naturea montré qu’en alternant les rôles de meneur et de suiveur, le troupeau parvient finalement à une forme de « intelligence collective. « 

Dans la plupart des systèmes d’animaux sociaux, mouvement collectif Ce n’est pas un processus continu, mais se déroule en boucle : les phases de mouvement collectif, par exemple, se reposer ou se nourrir, sont interrompues », du début à la fin, lors des déplacements. De plus, on suppose souvent que le comportement des flux oblige les individus à négocier en permanence le sens du déplacement ».

Un objectif majeur des travaux récents de Perwani et de ses collègues a été d’étudier le mouvement collectif d’un système animal d’une manière qui considère explicitement l’aspect temporel du processus d’auto-organisation observé, en particulier que les phases du mouvement collectif ont un début et une fin. . . De plus, l’équipe a souhaité adopter une perspective alternative et holistique, qui considère le mouvement des groupes d’animaux comme un ensemble de « phases collectives ».

« De ce point de vue, les questions liées aux mécanismes d’échange d’informations et de prise de décision par consensus prennent une nouvelle dimension », a expliqué Birwani.

Dans leur expérience, Perwani et ses collègues ont étudié de près le comportement spontané de petits groupes de moutons sur des périodes de temps variables. Ils ont analysé les traces des membres individuels du troupeau et calculé la disposition et l’orientation spatiales générales des animaux, tout en évaluant les corrélations entre la vitesse à laquelle les animaux individuels se déplaçaient.

« Nous avons d’abord montré qu’aucun des modèles d’essaims existants, ou leurs extensions, n’est cohérent avec nos observations », a déclaré Perwani. « Ensuite, nous avons analysé la façon dont les informations voyagent à travers le groupe, identifié un réseau d’interaction cohérent avec les données et étudié quelles informations sont transmises via ce réseau. »

Une étude montre que les troupeaux de moutons échangent leur chef et atteignent l'intelligence collective

Crédit : Luis Gomez-Nava, Richard Boone et Fernando Peruani.

Fait intéressant, Perwani et ses collègues ont découvert que le réseau d’interaction représentant le comportement du troupeau qu’ils ont observé était hautement hiérarchique. De plus, expliquent-ils, la seule information diffusée à travers ce réseau est celle du statut du mouton au sein du groupe.

À l’aide de leurs découvertes, les chercheurs ont construit un modèle collectif de mouvement animal qui se concentre sur deux processus cognitifs clés. Ces processus sont la sélection du chef qui dirigera le troupeau pendant une période de temps spécifique et le mécanisme sous-jacent à la mobilité du troupeau.

« Il est important de noter que chaque phase de l’action collective possède un leader temporel », a expliqué Perwani, « Nous avons étudié les propriétés mathématiques du modèle résultant pour déterminer les avantages de la stratégie collective non bloquée. Je pense que la principale contribution est la suivante : les animaux, à travers l’utilisation d’un réseau d’interaction hiérarchique Se déplacer ensemble pendant un certain temps donne le contrôle total du groupe au leader temporel, mais il y a aussi un roulement rapide des leaders temporels.

Essentiellement, les découvertes des chercheurs indiquent qu’en naviguant dans les troupeaux, les moutons alternent entre le rôle de leader et de suiveur. Ainsi, les chefs ne dirigent la meute que pendant un certain temps, avant que le contrôle de la meute ne soit transféré à un autre mouton.

« Si le chef temporel a des connaissances pertinentes pour le groupe (par exemple, la sortie d’un labyrinthe ou l’emplacement d’une source de nourriture), alors le chef temporel sera en mesure de diriger le groupe efficacement », a déclaré Perwani. , tous les membres du groupe bénéficient de cette connaissance, il convient de noter que cela ne fonctionne que si tous les individus suivent le leader temporel sans se poser de questions.

Les résultats compilés par Berwani et ses collègues ont jeté un nouvel éclairage sur la dynamique qui sous-tend le mouvement collectif des troupeaux de jeunes moutons. Pour étudier la généralisabilité de ces résultats, d’autres expériences doivent être réalisées avec des troupeaux plus importants et différents animaux.

« Nous nous sommes demandé : s’il y a un leader temporaire à chaque instant, comment le groupe partage-t-il et traite-t-il les informations que chaque membre du groupe pourrait avoir ? Le groupe peut-il regrouper les informations pour améliorer sa capacité à naviguer avec précision vers un emplacement distant ? Dans Bref, le groupe fait-il preuve d’intelligence collective ? », a déclaré Perwani. « Nous avons démontré qu’en changeant régulièrement de leader temporel, le groupe est capable de faire preuve d’agrégation d’informations et d’intelligence collective. »

Dans l’ensemble, les travaux récents de cette équipe de chercheurs mettent en évidence la possibilité que certaines stratégies animales collectives naturelles puissent bénéficier de schémas organisationnels hiérarchiques et démocratiques. À l’avenir, leurs observations pourraient inspirer de nouvelles études sur la physique et la biologie qui sous-tendent ces comportements animaux collectifs intrigants.

« Nous enquêtons actuellement sur les mouvements de masse en utilisant des groupes d’agents différents », a ajouté Perwani. « Plus précisément, nous comparons le comportement spontané de groupes d’agneaux, de jeunes moutons et de moutons adultes, pour déterminer si les moutons apprennent à suivre les leaders temporels et à agir comme un seul au fil du temps. Nous examinons également comment les groupes se comportent dans des environnements complexes tels que des labyrinthes ou des cours avec des patchs. Différents choix alimentaires peuvent entraîner des conflits d’intérêts au sein des membres du groupe. Plus généralement, nous étudions comment les groupes distribuent et traitent l’information à l’aide de plusieurs outils de mécanique statistique.

Plus d’information:
Luis Gómez-Nava et al, La locomotion collective intermittente chez les moutons résulte de l’alternance des rôles de leader-suiveur, physique de la nature (2022). DOI : 10.1038/s41567-022-01769-8

© 2022 Réseau Science X

la citation: Physics Study Shows Flocks of Sheep Exchange Leader and Achieve Collective Intelligence (2022, 17 novembre) Extrait le 17 novembre 2022 de https://phys.org/news/2022-11-physics-sheep-flocks-alternate-leader.html

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Des chercheurs observent pour la première fois un catalyseur lors d’une réaction électrochimique

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Des chercheurs observent pour la première fois un catalyseur lors d’une réaction électrochimique

Les réactions électrochimiques sont essentielles à la fabrication de divers produits dans les industries.

La fabrication de l’aluminium, des tuyaux en PVC, du savon et du papier dépend de ces réactions électrochimiques, qui font également partie intégrante du fonctionnement des batteries des appareils électroniques, des voitures, des stimulateurs cardiaques et bien plus encore. De plus, elle a le potentiel de révolutionner la production d’énergie durable et l’utilisation des ressources.

Le cuivre et les catalyseurs similaires jouent un rôle crucial dans la catalyse de ces réactions et sont largement utilisés dans les applications électrochimiques industrielles. Cependant, le manque de compréhension du comportement des catalyseurs au cours des réactions a entravé le développement de catalyseurs améliorés. Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient capables d’imager les stimuli qu’avant et après les réactions, ce qui laisse un vide dans la compréhension des processus qui se produisent entre les deux.

Une collaboration entre le California Institute for Nanosystems de l’Université de Californie et le Lawrence Berkeley National Laboratory a supprimé cette limitation. L’équipe a utilisé une cellule électrochimique spécialement conçue pour surveiller la structure atomique du catalyseur en cuivre pendant la réaction conduisant à la décomposition du dioxyde de carbone.

Cette méthode offre un moyen potentiel de convertir les gaz à effet de serre en carburant ou en d’autres matériaux précieux. Les chercheurs ont enregistré des cas dans lesquels le cuivre formait des amas liquides puis disparaissait à la surface du catalyseur, entraînant des piqûres visibles.

« Pour quelque chose qui est si omniprésent dans nos vies, nous comprenons très peu de choses sur le fonctionnement des stimuli en temps réel. » a déclaré le co-auteur Bri Narang, professeur de sciences physiques à l’UCLA et membre du CNSI. « Nous avons désormais la capacité d’observer ce qui se passe au niveau atomique et de le comprendre d’un point de vue théorique.

« Tout le monde bénéficierait de la conversion directe du dioxyde de carbone en carburant, mais comment pouvons-nous le faire à moindre coût, de manière fiable et à grande échelle ? » a ajouté Narang, qui occupe également un poste en génie électrique et informatique à la School of Engineering de l’UCLA. « C’est le genre de science fondamentale qui devrait faire avancer ces défis. »

Sur la gauche, une flèche rouge suit le mouvement d’un atome de cuivre individuel pendant la réaction électrochimique. À droite, les flèches jaunes indiquent les piqûres restant dans la surface du catalyseur. Source de l’image : Qiubo Zhang/Laboratoire national Lawrence Berkeley

Les découvertes dans le domaine de la recherche sur le développement durable ont des implications significatives, et la technologie qui permet ces découvertes a le potentiel d’améliorer l’efficacité des processus électrochimiques dans diverses applications qui ont un impact sur la vie quotidienne.

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Selon Yu Huang, co-auteur de l’étude et professeur Traugott et Dorothea Frederking et directeur du Département de science et d’ingénierie des matériaux à l’UC Samueli, l’étude pourrait aider les scientifiques et les ingénieurs à passer d’essais et d’erreurs à une approche de conception plus systématique. .

« Toute information que nous pouvons obtenir sur ce qui se passe réellement lors de la stimulation électrique est d’une aide précieuse pour notre compréhension de base et notre recherche de conceptions pratiques. » a déclaré Huang, membre du CNSI. « Sans cette information, c’est comme si nous lancions des fléchettes les yeux bandés et espérions atteindre quelque part près de la cible. »

Un microscope électronique de haute puissance de la fonderie moléculaire du Berkeley Lab a été utilisé pour capturer les images. Ce microscope utilise un faisceau d’électrons pour examiner des spécimens avec un niveau de détail inférieur à la longueur d’onde de la lumière.

Des défis sont rencontrés en microscopie électronique lorsqu’on tente de révéler la structure atomique des matériaux dans des environnements liquides, comme le bain d’électrolyte salin nécessaire à une réaction électrochimique.

L’ajout d’électricité à l’échantillon augmente la complexité du processus. L’auteur correspondant Haiime Cheng, scientifique principal au Berkeley Lab et professeur adjoint à l’UC Berkeley, et ses collègues ont développé un dispositif hermétiquement fermé pour surmonter ces obstacles.

Les scientifiques ont effectué des tests pour s’assurer que le flux d’électricité dans le système n’affectait pas l’image résultante. En se concentrant sur l’endroit exact où le catalyseur en cuivre rencontre l’électrolyte liquide, l’équipe a enregistré les changements qui se sont produits sur une période d’environ quatre secondes.

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Au cours de la réaction, la structure du cuivre s’est transformée d’un réseau cristallin régulier, généralement présent dans les métaux, en une masse irrégulière. Ce faisceau désordonné, composé d’atomes de cuivre et d’ions chargés positivement ainsi que de quelques molécules d’eau, s’est ensuite déplacé à la surface du catalyseur. Ce faisant, les atomes ont été échangés entre du cuivre régulier et irrégulier, piquant la surface du catalyseur. Finalement, la masse irrégulière a disparu.

« Nous ne nous attendions pas à ce que la surface se transforme en une forme amorphe puis revienne à une structure cristalline. » a déclaré le co-auteur Yang Liu, étudiant diplômé de l’UCLA dans le groupe de recherche de Huang. « Sans cet outil spécial pour observer le système en action, nous ne serions jamais en mesure de capturer ce moment. Les progrès des outils de caractérisation comme ceux-ci permettent de nouvelles découvertes fondamentales, nous aidant à comprendre le fonctionnement des matériaux dans des conditions réelles. »

Référence du magazine :

  1. Qiubo Zhang, Zhigang Song, Qianhu Sun, Yang Liu, Jiawei Wan, Sophia B. Betzler, Qi Cheng, Junyi Shangguan, Karen C. Bustillo, Peter Ercius, Bryneha Narang, Yue Huang et Haimei Cheng. Dynamique atomique des interfaces solide-liquide électrifiées dans les cellules liquides TEM. Nature, 2024 ; Identification numérique : 10.1038/s41586-024-07479-s

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil
Brasilia :

Un scientifique brésilien a découvert des fossiles de petits reptiles ressemblant à des crocodiles qui vivaient pendant la période du Trias, des millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

Les fossiles du prédateur, appelé Parvosuchus aureloi, comprennent un crâne complet, 11 vertèbres, un bassin et quelques os de membres, selon le paléontologue Rodrigo Muller de l’Université fédérale de Santa Maria dans l’État de Rio Grande, auteur de la recherche publiée jeudi. Journal des rapports scientifiques.

Parvosuchus, qui vivait il y a environ 237 millions d’années, marchait sur quatre pattes et mesurait environ un mètre de long et se nourrissait de reptiles plus petits. Les fossiles ont été découverts dans le sud du Brésil. Parvosuchus, qui signifie « petit crocodile », appartient à une famille éteinte de reptiles appelée Gracilissuchidae, qui jusqu’à présent n’était connue qu’en Argentine et en Chine.

« Les Gracilisuchidae sont des organismes extrêmement rares dans le monde paléontologique », a déclaré Mueller à Reuters. « Ce groupe est particulièrement intéressant car ils vivaient juste avant l’aube des dinosaures. Les premiers dinosaures vivaient il y a 230 millions d’années. »

Parvosuchus était un prédateur terrestre. Gracili suchidae représente l’une des branches les plus anciennes de la lignée connue sous le nom de Pseudosuchia qui comprenait plus tard la branche alligator.

Parvosuchus a vécu à une époque d’innovation évolutive à la suite de la pire extinction massive sur Terre il y a 252 millions d’années, avec plusieurs groupes de reptiles en compétition avant que les dinosaures ne deviennent finalement dominants. Les derniers membres des Gracilisuchidae ont incontestablement disparu environ sept millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

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(Cette histoire n’a pas été éditée par le personnel de NDTV et est générée automatiquement à partir d’un flux syndiqué.)

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Les chemins de fer indiens effectuent un essai du plus haut pont ferroviaire du monde, « Chenab », à Reasi

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Une image plus complète de la façon dont les molécules d’eau excitées lorsqu’elles interagissent avec l’air perdent leur énergie a été révélée par les scientifiques de RIKEN dans une étude. publié Dans le magazine Communications naturelles. Ce résultat sera précieux pour mieux comprendre les processus se produisant à la surface de l’eau.

L’eau est une anomalie à bien des égards. Par exemple, ses points de congélation et d’ébullition sont beaucoup plus élevés que prévu, et il est moins dense sous forme solide (glace) que sous forme liquide.

Presque toutes les propriétés inhabituelles de l’eau proviennent des liaisons faibles qui se forment et se brisent constamment entre les molécules d’eau voisines. Ces liaisons, appelées liaisons hydrogène, surviennent parce que l’oxygène attire davantage les électrons que l’hydrogène. Ainsi, l’oxygène légèrement négatif d’une molécule est attiré vers les atomes d’hydrogène légèrement positifs des autres molécules.

Mais un petit segment de molécules d’eau – celles à la surface – subit les liaisons hydrogène différemment des autres molécules d’eau. Dans leur cas, le bras qui dépasse dans l’air ne forme pas de liaisons hydrogène.

Jusqu’à présent, personne n’était capable de comprendre comment les bras de ces molécules de surface se détendaient après avoir été étirés. En effet, il est très difficile d’isoler le signal de ces molécules.

« Nous avons une bonne connaissance du comportement des molécules d’eau dans un corps liquide, mais notre compréhension des molécules d’eau à l’interface est loin derrière », explique Tahi Tahara du laboratoire de spectroscopie moléculaire RIKEN.

Au cours de la dernière décennie, une équipe dirigée par Tahara a tenté de remédier à cette situation en développant des techniques spectroscopiques très sophistiquées pour explorer les interactions des molécules d’eau sur les surfaces.

L’équipe a maintenant développé une technique basée sur la spectroscopie infrarouge, suffisamment sensible pour détecter la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène dans les molécules d’eau de surface se relâchent.

Grâce à cette technique, l’équipe a découvert que les liaisons oxygène et hydrogène coincées dans l’air tournent en premier sans perdre d’énergie. Ils se détendent ensuite d’une manière similaire aux molécules d’un corps liquide qui forment un réseau de liaisons hydrogène.

« En ce sens, il n’y a pas beaucoup de différence entre les molécules à l’interface et à l’intérieur du liquide après avoir interagi avec leurs voisines, car elles partagent toutes deux le même processus de relaxation », explique Tahara. « Ces résultats dressent un tableau complet de la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène se détendent à la surface de l’eau. »

Tahara et son équipe ont désormais l’intention d’utiliser leur technique spectroscopique pour observer les réactions chimiques qui se produisent à l’interface de l’eau.

Plus d’information:
Woongmo Sung et al., Profil de relaxation vibratoire unifié de l’étirement de l’OH à l’interface air/eau, Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Informations sur les magazines :
L’intelligence artificielle de la nature


Communications naturelles


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